فهرست مطالب

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 35 (پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدامین باقری، سید کمال کاظمی تبار*، علی دهستانی، پویان مهربان جوبنی، حمید نجفی زرینی صفحات 1-21

    کنجد (Sesamum indicum L.) یک گیاه زراعی دانه روغنی مهم از نظر تغذیه ای و دارویی می باشد که تنش های محیطی ظرفیت عملکرد آن را محدود می کند. عامل پاسخ دهنده به اتیلن (ERF) یکی از بزرگترین خانواده های عوامل رونویسی می باشد که در تنظیم پاسخ گیاه به تنش های غیر زنده نقش کلیدی ایفا می کند. در مطالعه حاضر، در مجموع 113 ژن ERF از ژنوم کنجد شناسایی شد، که آن ها خود به دو زیرخانواده شامل 46 عضو متصل به عناصر پاسخ دهنده به پسابیدگی (DREB) و 67 عضو ERF تقسیم شدند. روابط فیلوژنتیکی، خصوصیات فیزیکوشیمیایی پروتیین ها، ساختارهای ژنی و موتیف های آمینو اسیدی حفاظت شده در خانواده ERF کنجد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در ادامه پروفایل بیانی ژن های ERF کنجد در بافت های مختلف و همچنین تحت تنش های محیطی بررسی گردید. به طور کلی ژن های متعدد از خانواده ERF در بافت های مختلف کنجد به ویژه در ریشه، کپسول و گل از بیان قابل ملاحظه ای برخوردار بودند. همچنین پروفایل های بیانی نشان داد ژن های RAP2.2L، PTI6، ERF017L و ERF096 به ترتیب تحت تنش های خشکی، اسمزی، شوری و غرقاب بشدت القا شدند. افزون بر این، نتایج qPCR نشان داد که بیان نسبی ژن ERF061L در ژنوتیپ متحمل کنجد در مقایسه با حساس تحت شرایط خشکی بیشتر می باشد. این مطالعه داده های مهمی را برای درک تکامل و عملکرد خانواده ERF در کنجد فراهم نموده است که می تواند در برنامه های اصلاحی آینده برای تحمل تنش های غیر زنده مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: بیان ژن، تنش محیطی، عوامل رونویسی ERF، روابط فیلوژتیکی، کنجد
  • شادی حیدری*، پیوند حیدری صفحات 23-36

    گیاه زراعی Brassica napus به عنوان یک دانه روغنی مهم، پس از هیبریداسیون بین گونه ای اجدادش تحت بازسازی گسترده ژنوم قرار گرفته است. به منظور تبیین ساز و کارهای تکاملی زمینه ساز تنوع متابولیت های ثانویه، تحلیل مقایسه ای این سیلیکو ژن های افتراقی بین سه گونه براسیکا انجام شد. بعد از هم گذاری توالی اولیه EST کتابخانه ها با استفاده از نرم افزار EGassembler، کانتیگ ها به وسیله جستجوگر بلاست X توسط نرم افزار CLC Protein Workbench در مقابل پروتیین های غیر تکراری بانک ژن واکاوی شدند. نرم افزار IDEG6 و آماره Audic-Claverie برای تعیین بیان افتراقی ژن ها استفاده شد. برای شناسایی ارتولوگ ها و پارالوگ ها، از تارنمای Ensembl Plants استفاده شد و هم ردیفی دو به دو برای هر جفت پروتیین توسط CLUSTALW انجام شد. کشف موتیف DNA یک گام اولیه در بسیاری از سیستم ها برای مطالعه عملکرد ژن است، بنابراین وب سایت MEME و وب ابزار STAMP برای کاوش موتیف اتصال به DNA و تعیین شباهت توالی های موتیف پارالوگ ها استفاده شد. نتایج، تفاوت معنی داری را بین 18 ژن درگروه های کارکردی متابولیسم ثانویه و تنظیم رونویسی نشان داد. اکثر ژن های دخیل در تنوع گلوکوزینولات ها در B. napus دارای ژن های ارتولوگ در گونه های اجدادی و آرابیدوپسیس بودند که طی فرایندهای تکاملی واگرا شده اند. درحالی که بیشتر ژن های تنظیم رونویسی شامل MYB28 و bHLH دارای ژن های پارالوگ بودند که در درون گونه B. napus و در نتیجه تکثیر و جهش، به دنبال تغییرات حاصل از آلو پلی پلوییدی تغییر عملکرد یافته اند. ژنوم اجداد B. napus، منابع ارزشمندی برای تحلیل این سیلیکو در درک پیامدهای ژنتیکی پلی پلوییدی، تکامل و اصلاح B. napus فراهم می کند.

    کلیدواژگان: آلو پلی پلوئیدی، تحلیل مقایسه ای اینسیلیکو، گروه های ارتولوگ و ژن های پارالوگ، Brassica napus، EST
  • راحیل دولت آبادی، هاجر شایسته، امین میرشمسی کاخکی، محمد زارع مهرجردی، علیرضا سیفی* صفحات 37-46

    گل جالیز گیاه انگلی است که باعث کاهش قابل توجهی در تولید محصولات زراعی می شود و کنترل آن نیز در شرایط مزرعه دشوار است. در این مطالعه تجزیه وتحلیل داده های RNA-seq موجود در NCBI، همراه با تایید آزمایشگاهی بخشی از نتایج حاصل گزارش می شود. پس از ارزیابی کیفیت خوانش های خام آلومینا، خوانش های با کیفیت قابل قبول روی ترنسکرپتوم گل جالیز نقشه یابی شدند. پس از آنالیز بیان ژن با استفاده از نرم افزار DESeq، 391 ژن دارای بیان متفاوت در مرحله آبنوشی بذر گل جالیز و مرحل اتصال گل جالیز به ریشه میزبان شناسایی شد. بیان اورتولوگ این ژن ها در خویشاوندان نزدیک گل جالیز، که غیر انگل یا نیمه انگل هستند، نیز بررسی شد. از بین 391 ژنی که بین مرحله آبنوشی و اتصال به میزبان در گل جالیز تفاوت بیان معنی داری داشتند، 87 ژن در خویشاوند انگل گل جالیز نیز بیان بالایی در زمان اتصال به میزبان داشتند، در حالی که این ژن ها در خویشاوند غیر انگل بیان نمی شدند. بر این اساس این 87 ژن به عنوان ژن های کاندید دخیل در استقرار رابطه انگلی با میزبان در نظر گرفته شدند. در ادامه الگوی بیان نه ژن از این ژن های کاندید انتخابی در بافت رویشی، گل، و بافت محل اتصال گل جالیز به گوجه فرنگی بررسی شد. نتایج نشان داد که ژن کدکننده سرین کربوکسی پپتیداز الگوی بیان مورد انتظار برای ژن های دخیل در ایجاد رابطه انگلی را دارد به نحوی که تنها در بافت محل اتصال به میزبان بیان می شود. نتایج این مطالعه می تواند برای اهداف مهندسی ژنتیک گوجه فرنگی برای ایجاد مقاومت به گل جالیز از طریق خاموشی ژن در میزبان مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: سرین کربوکسی پپتیداز، افکتور، خاموشی ژن، هوستوریوم
  • اسحاقعلی بیاتی، مسعود گماریان*، حسین میرزایی ندوشن، مهدی چنگیزی، شهاب خاقانی صفحات 47-61

    از طریق کشت ریزنمونه مریستم انتهایی و ایجاد تنوع سوماکلونال ژنوتیپ امیدبخش از رقم سیب زمینی آگریا بر اساس رشد بیشتر کالوس در محیط کشت و همچنین ریشه زایی و ساقه زایی بیشتر که با تولید برگ و سرعت رشد بیشتری نیز همراه بود انتخاب شد. ژنوتیپ جدید همراه با رقم والدی در یک آزمایش مزرعه ای در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار برای تعدادی از صفات مورفولوژیک مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که صفات میزان ماده خشک (%5/13)، تعداد (%3/12) و وزن (%6/8) غده در هر بوته و طول استولون (%4) در ژنوتیپ امیدبخش نسبت به رقم آگریا به طور معنی داری بیشتر و همچنین صفت روز تا 50 درصد گلدهی (%4/11) و زمان رسیدن (%6/7) در این ژنوتیپ به طور معنی داری کمتر از رقم والدی بود. برخی از خصوصیات تغذیه ای نیز در دو ژنوتیپ در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار ارزیابی شد. نتایج نشان دهنده آن بود که فعالیت آنتی اکسیدانی قابل توجهی در ژنوتیپ جدید (% 6/35) در مقایسه با رقم والدی (% 3/25) وجود داشت. به علاوه، ژنوتیپ تولید شده به طور معنی داری حاوی مقدار نیتریت کمتر (%2/81) و مقدار آهن (%7/20) و نشاسته (%2/21) بیشتری بود. بنابراین، به نظر می رسد رقم حاصل واجد پتانسیل های قابل قبول جهت کشت و جایگزینی با رقم های موجود است.

    کلیدواژگان: آنتی&lrm، اکسیدان، تنوع سوماکلونال، زمان رسیدن، ژنوتیپ امیدبخش، نیتریت
  • زهرا پاکباز، آسا ابراهیمی*، مارتینا ریکاور، سیسیل بن، عبدالله محمدی صفحات 63-77

    پروتیین های مسیول تحمل به فلزات (MTP) از جمله ناقل های کاتیونی دو ظرفیتی در دیواره سلولی گیاهان هستند که نقش مهمی را در رشد گیاهان ایفا می کنند. آن ها در فرایند جذب فلزات ریزمغذی و ایجاد مقاومت در گیاهان در خاک های آلوده به فلزات سنگین شرکت می کنند. با این حال اطلاعات کافی در مورد ژن های MTP در خانواده گیاهی بقولات به اندازه کافی وجود ندارد. بنابراین ما در این مطالعه، ارزیابی گسترده ای از ژن های MTP در سه عضو مهم این خانواده شامل: یونجه (Medicago truncatula)، لوبیا (Phaseolus vulgaris) و سویا (Glycine max) با بررسی روابط فیلوژنتیکی، نحوه توزیع کروموزومی، ساختار ژنی و بیان آن ها در بافت های مختلف فراهم آوردیم. با توجه به نتایج به دست آمده 14، 12 و 23 عدد ژن MTP به ترتیب در یونجه، لوبیا و سویا یافت شد. 13 ژن MTP مضاعف در سویا یافت شد در حالی که در لوبیا و یونجه هیج مضاعف شدگی یافت نشد. همهMTP های موردمطالعه در هر سه گیاه در سه گروه Mn-CDFs، Zn-CDFs و Fe/Zn-CDFs دسته بندی شدند. نتایج بررسی جایگاه زیر سلولی به روش In silico نشان داد که بیشترین فعالیت این پروتیین ها در هر سه گیاه در واکویل می باشد و تعداد کمی در دیواره سلولی و هسته قرار دارند. بررسی ساختار ژنی و پروتیینی این ژن ها در این گیاهان حاکی از حفاظت شدگی بالای این پروتیین ها بود اما هرکدام از آن ها سطوح مختلفی از بیان ژن را در طی رشد نشان دادند. این امر می تواند حاکی از نقش مهم این پروتیین ها در طی رشد و نمو گیاهان باشد.

    کلیدواژگان: بقولات، بیوانفورماتیک، خانواده ژنی، فلزات سنگین
  • مهدیه شجاعی، راضیه سرآبادانی* صفحات 79-98
    اختلالات سیستم ایمنی یکی از دلایل ابتلای افراد به بیماری اتیسم است. TNF و IL-6 از نشانگرهای مهم بیماری اتیسم می باشند. افزایش بیش از اندازه این سایتوکاین ها در مغز و خون بیماران اتیسمی علاوه بر اختلالات سیستم ایمنی، زمینه ساز بسیاری از ناهنجاری های رفتاری شایع در مبتلایان به این بیماری می باشد. در این پژوهش، سل لاین عصبی 1321N1 و سل لاین HFF به عنوان سلول های نرمال تحت القای سیستم ایمنی قرار گرفتند تا فاکتورهای ایمنی در بالاترین سطح از فعالیت خود قرار گیرد، سپس سلول ها با سه غلظت 1، 5/1 و 2 میلی گرم بر میلی لیتر از عصاره کلم بروکلی تیمار شدند و در سه بازه زمانی 1، 2 و 3 روزه توسط تست الایزا مورد آنالیز قرار گرفتند و اثر سولفورافان موجود در عصاره کلم بروکلی بر روی دو فاکتور TNF و IL-6 بررسی شد. نتایج مقایسه نمونه بدون تیمار با عصاره کلم بروکلی و نمونه تیمار شده با 2 میلی گرم از عصاره کلم بروکلی به مدت 3 روز، نشان داد که دو فاکتور TNFαو IL-6 تحت تاثیر عصاره کلم بروکلی کاهش یافت. همچنین مشاهده شد که غلظت بالاتر عصاره و زمان بیشتر تیمار دهی اثر بخشی بیشتری در کاهش دو فاکتور مذکور داشت. به طور کلی نتایج آزمایش حاضر تاثیر عصاره کلم بروکلی بر کاهش التهاب سیستم ایمنی که به واسطه این دو فاکتور ایجاد شدند، را پیشنهاد می دهد.
    کلیدواژگان: عصاره کلم بروکلی، سیستم ایمنی، IL6، TNF&alpha
|
  • Mohammad Amin Baghery, Seyed Kamal Kazemitabar *, Ali Dehestani, Pooyan Mehrabanjoubani, Hamid Najafi Zarrini Pages 1-21

    Sesame (Sesamum indicum L.) is a nutritionally and medicinally important oilseed crop that environmental stresses limit its yield potential. Ethylene-responsive factor (ERF) is one of the largest transcription factor families that play key roles in regulating plant response to abiotic stress. In the current study, a total of 113 ERF genes were identified from the sesame genome and they were divided into two subfamilies including, 46 dehydration-responsive element-binding (DREB) members, and 67 ERF members. Phylogenetic relationships, physicochemical properties of proteins, structural properties of genes, and conserved amino acid motifs in the sesame ERF family were analyzed. Then, the expression profile of sesame ERF genes in various tissues as well as under environmental stresses was investigated. Overall, several genes of the ERF Family were expressed noticeably in different sesame tissues, especially in roots, capsules, and flowers. Expression profiles also showed that RAP2.2L, PTI6, ERF017L, and ERF096 genes were strongly induced by drought, osmotic, salinity, and waterlogging stresses, respectively. Moreover, the qPCR results showed that the relative expression of the ERF061L gene was higher in the sesame tolerant genotype compared to the susceptible one under drought conditions. This study provides important data for understanding the evolution and functions of the ERF family in sesame that can be used in future breeding programs for abiotic stresses tolerance.

    Keywords: Environmental stress, ERF Transcription factors, Gene expression, Phylogenetic relationships, Sesame
  • Shadi Heidari *, Peivand Heidari Pages 23-36

    Brassica napus field plant, as an important oilseed, has undergone extensive genome reconstruction after interspecies hybridization of its ancestors. To elucidate the evolutionary mechanisms underlying the diversity of secondary metabolites, insilico comparative analysis of different genes between three Brasica species was performed. After assembling the preliminary EST sequence of libraries using EGassembler software, the contigs were analyzed by X-blast using CLC Protein Workbench software against non-redundant proteins databank. IDEG6 software and Audic-Claverie statistics were used to determine the differential expression of genes. To identify orthologs and paralogs, the Ensembl Plants website and CLUSTALW were used for a pairwise alignment for each pair of proteins. The discovery of the DNA motif is a first step in many systems to study gene function, so the MEME website and STAMP webtool were used to explore the DNA binding motif and determine the similarity of the motif sequences of the paralogs. The results showed a significant difference between 18 genes in the functional groups of secondary metabolism and transcriptional regulation. Most of the genes involved in the glucosinolate diversity in B. napus have ortholog genes in the ancestral species and Arabidopsis, which have diverged during evolutionary processes. While most transcriptional regulatory genes, including MYB28 and bHLH, have paralog genes that have been functionally altered within B. napus as a result of duplication and mutation following changes in allopolyploidy. The ancestral genome of B. napus provides valuable resources for insilico analysis in understanding the genetic consequences of polyploidy, evolution and breeding of B. napus.

    Keywords: Allopolyploidy, Brassica napus, Comparative analysis of insilico, EST, Ortholog groups, paralog genes
  • Rahil Dowlatabadi, Hajar Shayesteh, Amin Mirshamsi Kakhki, Mohammad Zare Mehrjerdi, Alireza Seifi * Pages 37-46

    Broomrape (Orobanche aegyptica) is a notorious parasitic plant that cause significant production loss. Here we report analysis of publicly available RNA-seq data for broomrape, coupled with experimental verification of part of the results. After quality control of raw illumine reads, qualified reads were mapped against Orobanch transcriptome. Differential gene expression analysis, performed by using DESeq package, identified 391 differentially expressed genes between seed imbibition and haustorium attachment stages. The expression of orthologs of these genes in close relatives of Orobanch, which are parasitic, hemi- or non-parasitic, was investigated. From 391 identified genes, 87 genes showed high levels of expression in parasitic relatives and not in non-parasitic ones. Based on these analyses the 87 genes were considered as candidate genes involved in establishment of parasitic interaction between Orobanch and its host. The expression of nine of these genes were checked experimentally in flower tissues of Orobanch and in tissues sampled from the attachment site on the host root. The expression of Or2094, which a putative serine-carboxy peptidase, was detected only in the attachment site, supporting the role of this gene in establishment of the parasitic interaction. The results of this work will pave the way for future genetic engineering projects to use host-induced gene silencing strategy to enhance resistance to Orobanch in host crop plants.

    Keywords: Serine carboxypeptidase, effector, RNAi, haustorium
  • Eshaghali Bayati, Masoud Gomarian *, Hossein Mirzaie Nodoushan, Mahdi Changizi, Shahab Khaghani Pages 47-61

    In a laboratory experiment conducted in Kabudarahang, Hamadan, a promising potato genotype was selected through somaclonal variation from Agria commercial cultivar, based on the callus size on growth media, shoot and root regeneration. A field experimental design with three replications was carried out to assess the new genotype along with its parental commercial cultivar for several morphological traits. Results revealed that total dry matter per plant (13.5%), total number of tubers (12.3%), tuber weight per plant (8.6%), and stolon length (4%) were significantly higher than in the new genotype. Also, days to 50% flowering (11.4%) and maturity date (7.6%) were significantly less in comparison with the parental cultivar. Several nutritional traits were also studied by which more antioxidant activity was observed on the new genotype (35.6%) than Agria cultivar (25.3%). Furthermore, the new genotype had a lower nitrite (81.2%) and higher iron (20.7%) and starch content (21.2%) comparing with Agria cultivar. Therefore, it seems that the new genotype has an acceptable potential for cultivation and replacement with existing cultivars.

    Keywords: antioxidant, Somaclonal variation, Maturity date, Promising genotype, nitrite
  • Zahra Pakbaz, Asa Ebrahimi *, Martina Rickauer, Cecile Ben, Abdollah Mohammadi Pages 63-77

    Metal tolerance proteins (MTP) are plant membrane divalent cation transporters, which plays an important role during plant growth and development. They involve in minerals uptake and provide resistance for plants in polluted soil by heavy metal. However, information about MTPs proteins in Fabceace family are scarcely known. Therefore, in this study we provided an extensive evaluation of MTP genes in three important members of this family including: Glycine max, Medicago truncatula and Phaseolus vulgaris by providing phylogenetic assessments, chromosomal distributions, gene structures and expression in different tissue. According to the results 14, 12 and 23 MTP genes respectively were found in M. truncatula, P. vulgaris and G. max. 13 duplicated MTP genes in G. max were found meanwhile we did not find any duplication in the MTP genes of M. truncatula and P. vulgaris. All studied MTPs were classified into three major cation diffusion facilitator (CDFs) groups; Mn-CDFs, Zn-CDFs, and Fe/Zn-CDFs. In silico subcellular location results revealed that these proteins have the maximum activity in the vacuole in all three plants, and a small number are located in the cell wall and nucleus. According to gene structure and protein motifs of studied MTPs, they are highly conserved but their expression measurement showed that each one of them have different levels of expression during growth stage. It confirms their importance for plants during growth and development.

    Keywords: Fabceace, heavy metal, Bioinformatics, Gene family
  • Mahdieh Shojaee, Razieh Sarabadani * Pages 79-98
    Immune system disorders have been recognized as a cause of the autism spectrum disorder (ASD). TNFα and IL-6 are significant markers of the ASD. Increased levels of these cytokines in the brain and blood of the ASD-engaged patients not only affect the immune system disorders but also contribute to many common behavioral abnormalities exhibited by such patients. In this research, we investigated the effect of the broccoli extract and its sulforaphane content on two immune system factors, namely TNFα and IL-6. For this purpose, with its effectiveness confirmed via gas chromatography – mass spectroscopy (GC-MS) and MTT assay, the broccoli extract was subjected to immune system induction to maximize the activity of the immune system factors. The cells were treated with the broccoli extract at three different dosages, namely 1, 1.5 and 2 mg of the cell per milliliter of the broccoli extract, enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) were performed for three treatment times, namely 1, 2, and 3 days. A comparison between the stimulated immune system cells without treatment against those treated with the 2 mg of broccoli extract for 3 days clearly demonstrated the effectiveness of the broccoli extract for attenuating the activity of the TNFα and IL-6 factors. It was also observed that higher concentrations of the extract and longer treatment time were more effective in reducing these two factors. In general, the results of the present experiment suggest the effect of broccoli extract on reducing the inflammation of the immune system caused by these two factors.
    Keywords: broccoli extract, Immune system, IL-6, TNF&alpha